[發(fā)明專利]增強型銅基復(fù)合線材的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911040362.2
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN111349905B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鐵軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京碳垣新材料科技有限公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/455;B22F1/16;B22F1/00;B22F3/20;C22F1/08;H01B13/00;H01B1/02;H01B1/04;B21C37/04
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 董李欣

本發(fā)明涉及一種增強型銅基復(fù)合線材的制備方法，包括步驟：采用常壓化學(xué)氣相沉積方法，在銅或銅合金粉末上生長石墨烯；將該銅或銅合金粉末室溫壓實成擠壓坯；對擠壓坯進行熱擠壓，成擠壓棒坯；將擠壓棒坯進行室溫拉拔，獲得拉拔線材；采用常壓化學(xué)氣相沉積方法在拉拔線材表面生長石墨烯；將表面生長石墨烯的拉拔線材切斷集束，并對其重復(fù)進行熱擠壓過程和室溫拉拔步驟零到多次；對重復(fù)處理完畢的集束線材進行快速再結(jié)晶和連續(xù)退火，制成增強型銅基復(fù)合線材。本發(fā)明制備的增強型銅基復(fù)合線材缺陷率低，能形成界面結(jié)合良好的石墨烯增強和微納銅線互穿結(jié)構(gòu)，達(dá)成石墨烯?銅復(fù)合材料高強高導(dǎo)的目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種增強型銅基復(fù)合線材的制備方法。

背景技術(shù)

采用傳統(tǒng)技術(shù)手段制備的銅及銅合金材料無法兼具高強度和高導(dǎo)電率，例如目前Cu-Ag合金導(dǎo)電率為97％IACS，但抗拉強度僅有350MPa；Cu-Cr-Zr合金具有較高的強度(大于500MPa)，但導(dǎo)電率僅為70％IACS。開發(fā)導(dǎo)電率超過70％IACS、強度大于500MPa的高性能銅材對于節(jié)能減排、設(shè)備器件的小型化等具有重要意義。

通過材料復(fù)合提高銅及銅合金強度和導(dǎo)電率的常用方法通常使用顆粒增強方法來提高銅的強度，其具體方法是將所需增強顆粒分布在銅基體中，由于增強顆粒分布在銅晶界處，可以起到釘扎位錯的作用，同時可以儲存更多的位錯能，使得位錯大量堆積在顆粒附近，需要更大的應(yīng)力才可以實現(xiàn)運動過程，這種阻礙作用使得基體的強度、耐磨性等綜合性能得到提高。同時，由于顆粒只占基體極小的體積分?jǐn)?shù)，不會大幅度影響銅基體原有的物理化學(xué)性能，因此可以保持大部分的導(dǎo)電性能。

常見的顆粒增強相包括陶瓷、玻璃、金剛石、石墨等，然而由于這些增強相本身導(dǎo)電性能較差，在提升銅強度的同時會致使材料的電導(dǎo)率呈現(xiàn)不同程度的下降。目前，石墨烯/銅復(fù)合材料得到了越來越多的關(guān)注，石墨烯(Graphene)擁有優(yōu)異的力學(xué)性能和超高導(dǎo)電性能，其理論強度高達(dá)130GPa，單層石墨烯具有高于銅4-5個數(shù)量級的載流子遷移率，與石墨烯接觸的銅可以對石墨烯進行有效的電子摻雜，因此，石墨烯是最有潛力的銅基復(fù)合材料增強體，最有可能實現(xiàn)對銅基體強度和導(dǎo)電性的協(xié)同增強。

有研究者利用氧化石墨烯還原的方法，制備石墨烯銅復(fù)合物，但性能并不理想，該氧化還原法所制備的石墨烯含有大量缺陷，質(zhì)量還有待提高，在進一步的性質(zhì)研究和功能開發(fā)中嚴(yán)重受限。此外，由于石墨烯比表面積大，與金屬表面浸潤性不佳，機械混合過程中石墨烯經(jīng)常發(fā)生團聚。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決以上問題，本發(fā)明提供一種增強型銅基復(fù)合線材的制備方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種增強型銅基復(fù)合線材的制備方法，包括以下步驟：a.采用常壓化學(xué)氣相沉積方法，使用氣態(tài)或液態(tài)碳源在銅或銅合金粉末上生長同序堆積或交錯堆積的石墨烯；b.將生長有石墨烯的銅或銅合金粉末室溫壓實成擠壓坯；c.對擠壓坯進行熱擠壓，獲得擠壓棒坯；d.將擠壓棒坯進行室溫拉拔，獲得拉拔線材；e.重復(fù)步驟a的常壓化學(xué)氣相沉積方法在拉拔線材表面生長石墨烯；f.將表面生長石墨烯的拉拔線材切斷并包套集束；g.對集束后的線材重復(fù)e步驟和f步驟0次至多次；h.對重復(fù)處理后的集束線材進行快速再結(jié)晶和連續(xù)退火，制成增強型銅基復(fù)合線材。

其中，步驟a中，常壓化學(xué)沉積方法包括：將銅或銅合金粉末送入化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，封閉爐管；抽出爐內(nèi)殘留空氣后通入定量的氫氣和氬氣；在室溫下開始勻速升溫至生長溫度，恒溫一段時間，然后通入碳源進行保溫生長，生長結(jié)束后關(guān)閉碳源并將溫度降至室溫，完成沉積。